Development of Zirconia Dental Implant Material Gaining Titanium Ability Using Atomic Layer Deposition

利用原子层沉积开发获得钛能力的氧化锆牙科植入材料

• 批准号: 22K10046
• 负责人: 林 達秀
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Aichi Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K10046/
• 关键词: 原子層堆積; ジルコニア; 歯科用インプラント; 表面改質; 細胞増殖能; 原子層堆積（ALD）; ジルコニア製歯科用インプラント; 高オッセオインテグレーション能; 薄膜

ジルコニアは歯科用インプラントの材料として有望視されているが、適切な表面改質法は確立されていない。原子層堆積法（ALD）は、金属酸化物の薄膜を材料上に堆積させるナノテクノロジーである。本研究では、ジルコニアディスク(ZR）上にTiO2 (ZR-Ti）、Al2O3 (ZR-Al）、SiO2 (ZR-Si）、ZnO (ZR-Zn）それぞれの薄膜をALDを用いて成膜し、各試料上でマウス線維芽細胞（L929）およびマウス骨芽細胞（MC3T3-E1）の細胞増殖能を評価した。ZRをCAD/CAMシステムで作製後、TiO2、Al2O3、SiO2、ZnOの薄膜を成膜し、成膜後は、それぞれの膜厚、元素分布、密着強度、および元素溶出量を測定した。各試料上におけるL929およびMC3T3-E1の細胞増殖・形態は、培養1、3、5日目（L929）および培養1、4、7日目（MC3T3-E1）に観察した。ZR-Ti、ZR-Al、ZR-Si、Zr-Zn薄膜の厚さはそれぞれ41.97、42.36、62.50、61.11 nmで、平均密着強度はそれぞれ163.5、140.9、157.3、161.6 mNであった。Ti、Alの溶出量は検出限界値以下であったが、浸漬2週間のSiおよびZnの総溶出量はそれぞれ0.019、0.695 ppmであった。L929、MC3T3-E1ともに、ZR-Ti、ZR-Al、ZR-Siのいずれの試料上において細胞数は経時的に増加した。特に、ZR-Tiの細胞数は他の試料よりも優っていた。細胞形態は、ZR-Ti、ZR-Al、ZR-Si上では両細胞とも紡錘形、あるいは多角形を呈し、細胞骨格は培養1日目からよく発達していた。これらの結果から、ジルコニアへのALD応用、特にTiO2の成膜は、ジルコニア製歯科用インプラントの新しい表面改質手法となる可能性があることが示唆された。

The materials used in dental engineering are expected to be modified according to the requirements of the relevant surface modification method. Atomic Layer Deposition (ALD) is a method for depositing metal oxides on thin films. In this study, TiO2 (ZR-Ti), Al2O3 (ZR-Al), SiO2 (ZR-Si) and ZnO (ZR-Zn) thin films were prepared on the surface of ZR substrate by ALD, and the cell proliferation of L929 and MC3T3-E1 cells was evaluated. ZR CAD/CAM system after preparation, TiO2, Al2O3, SiO2, ZnO film formation, film thickness, element distribution, adhesion strength, and element dissolution were measured. Cell proliferation and morphology of L929 and MC3T3-E1 in each sample were observed on day 1, 3 and 5 of culture (L929) and day 1, 4 and 7 of culture (MC3T3-E1). The thickness of ZR-Ti, ZR-Al, ZR-Si, Zr-Zn films is 41.97 nm, 42.36 nm, 62.50 nm, 61.11 nm, and the average adhesion strength is 163.5 nm, 140.9 nm, 157.3 nm, 161.6 nm. Ti, Al dissolution is below the detection limit, Si, Zn dissolution is 0.019, 0.695 ppm during 2 weeks of immersion. L929, MC3T3-E1, ZR-Ti, ZR-Al, ZR-Si and other samples were tested with cell counts increasing. The number of cells in ZR-Ti and ZR-Ti cells in the sample was determined. Cell morphology, ZR-Ti, ZR-Al, ZR-Si cells are spindle shaped, polygonal shaped, cell skeleton culture 1 day The results show that the possibility of TiO2 film formation for ALD applications, especially TiO2 film formation for ALD applications, and the possibility of TiO2 film formation for ALD applications, especially TiO2 film formation for ALD applications, are different.